三十六湾风电场工程电气一次系统设计

长沙电力职业技术学院 周慧娟

三十六湾风电场工程电气一次系统设计

长沙电力职业技术学院 周慧娟

风电场电气系统主要由一次系统和二次系统组成。本文分析研究了三十六湾风电场电气一次系统的设计，对接入系统、主接线、电气设备的选择与布置等方面进行了研究，希望对相关研究领域提供借鉴意义。

风电场；电气一次系统；设计

1.前言

三十六湾风电场位于湖南省郴州市临武县北部，距临武县区直线距离约25km，场址区域以山地为主，海拔高度在900m～1550m之间，起伏较大，风电场所在区域属中亚热带季风湿润气候区，因南北气流受南岭山脉影响，形成了四季分明、雨量充沛、春早多变、夏热期长、秋晴多旱、冬寒期短的气候特点，年平均气温18℃，年平均降雨量在1022～1917mm之间，年平均日照时数1569h，无霜期290d，年平均雷暴日数约60d，冬春季风速较大，夏秋季风速较小，风向以偏北风居多[1，2]。

截至2013年底，郴州市境内电源总装机容量为194.3万kW（不含华润鲤鱼江电厂，下同），其中水电装机168.1万kW，火电装机22.6万kW，其它新能源（风电）3.6万kW，并入湖南省电网的电源装机容量为147.7万kW。

2.电气一次系统设计

2.1 接入系统方式

三十六湾风电场装机规模为48MW，安装24台单机容量为2000kW的风力发电机组。根据接入系统报告三十六湾风电场通过1回110kV线路接入郴州临武县110kV月家岭变，新建线路长度约20km，导线型号为LGJ-400。本工程与电网的计量点设在本风电场110kV升压站送出线路的出口侧。

2.2 电气主接线

2.2.1 风电场电气接线

a）风力发电机组与箱式变压器的组合方式

风力发电机组单机容量为2000kW，出口电压为0.69kV。风电机组接线方式推荐采用一机一变单元接线方式，箱变容量选用2200kVA。该接线具有电能损耗少、接线简单、操作方便、任意一台风力发电机组故障不会影响其它风力发电机组正常运行等优点。箱变就近布置在风机旁，箱变高压侧采用并联接线方式。

b）集电线路方案

集电线路电压有10kV和35kV两种电压可供选择，输电线路可选择电缆或架空线。由于风机所在海拔高成高(1000m～1500m)，风速大，架空线方案安全可靠性很低，且冬季温度低，覆冰层厚，容易发生事故，架空线方案易出现遭雷击、绝缘子污闪等故障，而且架空线美观性较差，后期维护成本高，损耗也比电缆方案大故本阶段推荐采用电缆方案。根据升压站位置、风机位置，选择10kV电缆方案将大大加长电缆方案，经济上不可行，故本阶段集电线路方案采用35kV电缆方案。

2.2.2 110kV升压站电气主接线

a）升压站110kV侧接线

考虑到有湘电新能源有限公司在本区东山风电场(100MW)接入本风电场110kV升压站，升压站最终规模按148MW设计，安装2台主变，110kV侧最终接线为单母线接线，共建设两个主变进线间隔、一个出线间隔及一个PT间隔。本风电场工程建设1台容量为50MVA的主变，并建设110kV母线、一个主变进线间隔、一个出线间隔及一个PT间隔。

b）升压站35kV侧接线

35kV侧最终建设两段母线，两段母线之间不设联络断路器，本工程建设35kVⅠ段母线。本工程24台风电机组分别由3组35kV集电电缆接入风电场110kV升压站35kV高压开关柜。35kVⅠ段母线上安装8面35kV高压开关柜。

3.主要电气设备选择

3.1 短路电流计算

根据风电场接入系统设计短路电流计算，2015年系统提供至110kV月家岭变电站正序阻抗0.07031。风力发电机、箱式变压器、线路等均只计电抗，忽略电阻。基准容量为100MVA，基准电压分别为115kV、37kV和0.70kV。风电场短路电流计算结果如表1所示：

表1 短路电流计算结果

本风电场110kV侧电气设备短路电流水平按40kA进行选择，35kV侧电气设备短路电流水平按31.5kA进行选择。

3.2 主要电气设备选择

选择主要电气设备时，按照设备的额定电流、短路开断容量、最大关合电流峰值、额定峰值耐受电流、额定短时耐受电流和持续时间等参数值进行选择，并留有一定裕度。

（1）本工程装机容量48MW，主变压器选择1台容量为50MVA的三相铜芯双绕组内设平衡线圈有载调压油浸电力变压器（防污型）。

（2）110kV高压配电装置为户内布置，采用GIS设备。断路器额定电流为1250A，额定开断电流为40kA；隔离开关额定电流为1250A，额定短时耐受电流为40kA；快速接地开关短时耐受电流为40kA；接地开关短时耐受电流为40kA；CT变比为300/5A 、300-600/5A，精度为0.2s/0.5/5P30/5P30；出线PT变比为110//0.1//0.1kV；母线PT变比为110//0.1//0.1//0.1kV。

（3）35kV配电装置选用户内成套装置KYN61-40.5金属封闭开关设备，采用加强绝缘结构，一次元件主要包括断路器、操动机构、电流互感器、避雷器等，采用抽出式安装，为单母线接线方式，运行灵活、供电可靠。

（4）本工程35kV母线上装设1台接地变压器兼作站用变压器，接地变压器选用三相、干式变压器，容量1250kVA，二次侧容量为250kVA，额定电压比35±2×2.5%/0.4kV，接线组别ZN，yn11。

（5）无功补偿装置。在35kVⅠ段母线上装设一组容量为9Mvar的SVC动态无功补偿装置。

（6）箱式变电站。为了使户外变压器安全可靠地运行和安装施工的简便，本风电场选用具有运行灵活、操作方便、免维修、性价比较优的风电组合式变电站，型号为ZGS-Z.F-2200/35。

（7）电缆选择。为了减少电缆数量、提高电缆载流量，风电场内高低压动力电缆全部选用线芯允许温度高、载流量大的交联聚乙烯铠装电力电缆。

3.3 电气设备布置

3.3.1 电缆布置

风电场的集电电缆采用直埋敷设，直埋敷设的埋深为800mm，沟底铺细砂或筛过的土，且沿全长以砖或水泥板遮盖。

3.3.2 110kV配电装置布置

110kV主变采用户外布置，布置于35kV配电装置室与110kV户内GIS室之间；110kV配电装置采用户内设备，布置升压站的北边。

设计中考虑设备运输、电气和防火距离的要求，主变压器与35kV配电装置之间采用共箱母线连接。

3.3.3 35kV配电装置、站用变、无功补偿装置布置

35kV配电装置设备采用KYN61-40.5铠装型移开式金属封闭开关柜，室内单列布置，布置于主变压器南侧；35kV接地兼站用变压器布置于综控楼内；10kV备用站用变压器布置在控制楼内的站用配电室内；共设6面低压配电屏。

35kV动态无功补偿装置采用户外布置，布置于升压站的西边边。设计中考虑运输、电气和防火距离的要求。

4.结束语

变电站是输配电系统中的重要环节，是电网的主要监控点[3,4]。本文通过分析比较，对三十六湾风电场变电站电气一次部分进行合理地设计，对保证电网的安全供电及经济方面均有着重要的意义。

[1]周慧娟.三十六湾风电场风能资源的评估与分析[J].电子世界,2013,21:44-45.

[2]周慧娟.三十六湾风电场建设中的风力发电机组选型研究[J].风能,2015(12):94-97.

[3]龚雪峰,陈宇.安宁河峡谷风电场(一期)工程电气一次设计[J].水电站设计,2012,28(4):52-54.

[4]任孝良.关于风电场设计相关问题的探讨[J].产业,2012,10:58-60.

周慧娟，女，湖南人，硕士，长沙电力职业技术学院讲师，研究方向：发电厂及电力系统。